北京
太陽系早期可能比我們想象的更擁擠。一項(xiàng)新研究通過計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，木星和天王星現(xiàn)有的衛(wèi)星系統(tǒng)能保存至今，很可能要感謝一顆早已消失的巨大行星——這顆“失落星球”在數(shù)十億年前的引力混戰(zhàn)中犧牲了自己，換來了其他衛(wèi)星的存活機(jī)會(huì)。
這項(xiàng)由克萊門特及其同事主導(dǎo)的研究，通過122次計(jì)算機(jī)模擬重建了早期外太陽系的可能歷史。他們測試了不同的行星初始組合與遷移路徑，反復(fù)運(yùn)行每個(gè)版本的太陽系歷史，記錄哪些版本更可能演化出我們今天看到的外太陽系。研究人員特別關(guān)注氣態(tài)巨行星木星和冰巨行星天王星的衛(wèi)星系統(tǒng)。
模擬結(jié)果揭示了一個(gè)令人意外的概率：木星衛(wèi)星在行星遷移潮中存活下來的比例不到15%，而天王星衛(wèi)星的存活率僅約9%。更值得注意的是，對某一組衛(wèi)星有利的演化情景，往往對另一組衛(wèi)星不利。這意味著現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)的存在本身，就是一個(gè)低概率事件。
長久以來，天文學(xué)家懷疑太陽系在45億年歷史中至少失去過一個(gè)世界。證據(jù)顯示，大約30億至40億年前，太陽系最大的幾顆行星繞太陽運(yùn)行的軌道遠(yuǎn)比今天更近，彼此距離也更緊湊。四顆巨行星——木星、天王星、土星和海王星——通過一系列引力相互作用，逐漸遷移到目前的軌道位置。
研究團(tuán)隊(duì)在論文中寫道：“行星間的相遇，以及由此導(dǎo)致的軌道變化，被認(rèn)為在塑造整個(gè)太陽系許多小天體種群方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。”其他天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)也曾在小行星和其他小天體的軌道中尋找巨行星運(yùn)動(dòng)的線索，像研究足跡一樣重建它們?nèi)绾伪灰苿?dòng)中的巨行星引力推拉到現(xiàn)在的位置。
木星和天王星的衛(wèi)星提供了特別有價(jià)值的線索，因?yàn)樗鼈兒芸赡茉谔栂禋v史的大部分時(shí)間里，一直保持在繞行星的現(xiàn)有軌道附近。木星的衛(wèi)星處于一系列軌道共振中，這種共振只能在衛(wèi)星在漫長時(shí)期中彼此輕微牽引的情況下形成。隕擊記錄也顯示，木星的衛(wèi)星非常古老。
模擬結(jié)果指向一個(gè)令人困惑的推論：要形成今天的衛(wèi)星布局，太陽系早期可能需要一顆額外的巨大行星來緩沖引力擾動(dòng)。這顆行星在混亂中自己被甩出或毀滅，卻讓木星和天王星的衛(wèi)星系統(tǒng)得以保全。我們眼中“正常”的太陽系，實(shí)際上是一個(gè)僥幸存活的稀有樣本。
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